中酸性土壤阳离子交换量的测定研究

陈亚南(华北有色(三河)燕郊中心实验室有限公司，河北 三河 065201)

0 引言

土壤是重金属离子迁移、转换的重要介质，土壤胶体的吸附性和离子交换性能是重金属类污染物的重要场所。土壤阳离子交换量是生态地球化学评价及环境监测任务中一项重要的衡量指标。

土壤阳离子交换量 (CEC)是指土壤胶体所能吸附各种阳离子的总量[1]。阳离子交换量值的高低，基本上代表了土壤可能保持的养分含量，即保肥水平的高低。可以作为评价土壤保肥能力的指标。阳离子交换量是土壤缓冲能力的主要来源，是合理有效施肥和改良土壤结构的重要依据。现有的分析方法主要是乙酸铵交换法[2]、氯化铵-乙酸交换法[3]、盐酸-乙酸钙交换法[4]、BaCl2-三乙醇胺法[5]。

1 实验部分

1.1 仪器与设备

离心机(LXJ-11B 上海安亭科学仪器厂)。

空气压缩机(利祥)。

超纯水仪(RIMEpure-500 北京盛科科技有限公司)。

1.2 试剂

1 mol/L乙酸铵溶液(pH=7.0)，乙醇溶液(95%，无NH4+)，液体石蜡(化学纯)，甲基红-溴甲酚绿混合指示剂，硼酸指示剂溶液(2%)，盐酸标准溶液(0.05 mol/L),固体氧化镁(化学纯)，纳氏试剂。

2 样品制备及实验装置

2.1 样品制备

称取通过1 mm孔筛(10目)的风干土壤样品1.00 g，放入50 mL离心管中，加入1 mol/L乙酸铵溶液(pH=7.0)30 mL,加盖摇匀，放入离心机中离心3 min(重复离心2～5次至无钙离子)，用K-B指示剂检测至溶液呈蓝色，证明无钙离子。之后将样品转移至铺有滤纸的玻璃砂芯漏斗中，采用少量多次淋洗的方法进行抽滤，洗去多余的乙酸铵，直至最后一次乙醇清液中无铵离子，用纳氏试剂检测铵离子。

洗去多余的铵离子后，用水将泥浆洗入凯氏瓶中，将全部样品转移至凯氏瓶中，洗入水的体积控制在20～30 mL。蒸馏前在凯氏瓶内加入数滴液体石蜡和大约1 g氧化镁。立即把凯氏瓶装在蒸馏装置上。将盛有20 mL的20 g/L硼酸溶液和三滴甲基红-溴甲酚绿混合指示剂的接收瓶，做为接收装置；用pH试纸检测蒸馏出口至中性，取下接收瓶，用0.025 mol/L盐酸标准溶液滴定，并记录用量。

2.2 计算方法和公式

土壤阳离子交换量以cmol/kg(+)表示，按烘干土重计算：

式中：CEC为阳离子交换量(cmol(+)/kg)；C为盐酸标准溶液的浓度(mol/L)；V为盐酸标准溶液的消耗体积(mL)；V0为空白试验盐酸标准溶液的消耗体积(mL)；m为风干土样的质量(g)；H为风干土样的含水率。

2.3 实验装置

本方法采用本实验室研发的抽滤淋洗装置。本装置将传统水环式减压蒸馏真空泵改为空气压缩气泵，将主气路接出多个分支气路。将传统的一台设备抽滤两个样品提升为一台设备同时抽滤8件样品。同时在每个抽滤瓶的进气口处加装气体流量控制表，准确控制气体流量，在抽滤瓶与空气压缩气泵之间加装一个回流装置，防止压力过大时回流的液体反吸回气泵。提高了工作效率，降低了成本。装置图如图1所示。

图1 抽滤装置图

3 结果与讨论

3.1 两种过滤方法的对比

阳离子交换量的测定方法具有分析步骤繁琐和分析时间长的特点，为了提高了效率，减少分析时间，选取了10件质地相近的土壤样品，分别进行了抽滤和过滤对比试验，采用过滤方法淋洗样品的时间在平均在36 min左右，采用抽滤淋洗样品的时间在平均10 min左右，试验结果表明，抽滤淋洗的时间明显比过滤淋洗的时间短，缩短了淋洗时间，提高了工作效率。

3.2 滤纸的选择

在满足分析灵敏度的前提下，将滤膜改为中速滤纸，从而大大提升了抽滤的速度。选取了8件不同的样品，分析使用慢速滤纸、中速滤纸、快速滤纸和滤膜进行实验，将过滤的时间进行统计，慢速滤纸抽滤平均时间为11.8 min，中速滤纸平均时间为10.3 min,快速滤纸平均时间为8.5 min，滤膜平均时间为12.6 min。试验结果表明，快速滤纸的时间最短，但是实验过程发现选择的滤纸的孔径太大，容易造成样品穿滤，中速滤纸抽滤时间适中能满足分析结果要求，同时降低了成本。

3.3 方法的准确度和精密度

使用2.1中方法独立处理并测定国家标准物质GBW07458、GBW07415a、GBW07416a中的阳离子交换量各12次，验证了分析方法的准确度及精密度，12次测定结果的相对标准偏差(RSD)在1%～3%之间，不同含量的标准物质测定结果与标准值吻合。方法精密度和准确度如表1所示。

表1 方法精密度和准确度

3.4 方法比对

采用本研究分析方法和LY/T 1243—1999 《森林土壤阳离子交换量的测定》分别对某一批次样品进行测定(结果见表2)，得出两种分析方法的相对偏差都能满足规范要求，均小于5%，确保了测量结果的可靠性。本研究方法流程短、操作简单易掌握，重现性和稳定性良好，既提高了工作效率，又节约了生产成本。数据比对如表2所示。

表2 本研究方法测试结果与标准方法测试结果比对

4 结语

本研究针对传统中酸性土壤中阳离子交换量的测定方法，解决了振荡离心法反复处理土壤存在分析步骤复杂、分析周期长的问题，开展了运用抽滤淋洗代替振荡离心的探索性研究。通过过滤方法的比对、滤纸的选择、标准物质重复测定，方法的精密度准确度实验，并和LY/T 1243—1999 《森林土壤阳离子交换量的测定》进行了比对。试验结果表明抽滤淋洗法的测定结果的精密度、准确度均优于林业标准的方法，且测定结果稳定性好、操作流程短，有效降低成本，提高生产效率，适用于生态地球化学评价及土壤环境质量评价等大批量中酸性土壤阳离子交换量的测定，结果令人满意。